鐵路混合梁斜拉橋配切合龍技術(shù)研究與實(shí)踐

趙春斌 （中鐵四局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131）

1 引言

混合梁斜拉橋集鋼梁和混凝土梁優(yōu)點(diǎn)于一體，滿(mǎn)足了大跨度、建設(shè)條件及經(jīng)濟(jì)性的要求，在千米級(jí)乃至更大跨度斜拉橋方案中具有獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。中跨合龍為大跨度斜拉橋建設(shè)過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

寧波鐵路樞紐甬江特大橋作為國(guó)內(nèi)首座大跨度鐵路鋼箱混合梁斜拉橋，其主梁合龍方案采用了配切合龍，實(shí)踐過(guò)程對(duì)大跨度鋼箱混合梁斜拉橋主梁的合龍方案和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

2 工程概況

寧波鐵路樞紐甬江特大橋的孔跨布置為（54+50+50+66+468+66+50+50+54）m，主跨 468m 混合梁跨越甬江，邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁作為錨固跨。鋼箱梁與混凝土梁銜接處設(shè)置鋼混結(jié)合段，位于主跨側(cè)距索塔中心24.5m處。鋼箱梁采用帶風(fēng)嘴的單箱五室截面，橫橋向全寬20.932m，中心高度5.017m。全橋布置圖如圖1。

根據(jù)受力和剛度過(guò)渡要求，鋼箱梁在不同區(qū)段采用了不同的板厚，共分6個(gè)區(qū)，7個(gè)梁段類(lèi)型（鋼混結(jié)合段除外）。鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)9m，最重181.2t，中跨合龍段長(zhǎng)4.9m，重82.3t，全橋共計(jì)45個(gè)節(jié)段，鋼箱梁三維圖如圖2所示。

圖1 甬江特大橋主橋全橋立面布置圖（單位：m）

圖2 鋼箱梁構(gòu)造三維圖

3 合龍方案

中跨為鋼梁的斜拉橋主梁合龍通常有“配切合龍”與“加載合龍”兩種方式。

“配切合龍”即根據(jù)合龍口實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度，現(xiàn)場(chǎng)配切合龍段。該方案可在不解除塔梁臨時(shí)約束條件下實(shí)現(xiàn)中跨合龍，但合龍段配切改變構(gòu)件無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)成橋線(xiàn)型及內(nèi)力存在一定影響，因此在實(shí)踐中，往往采取在合龍段鋼梁就位匹配后，結(jié)構(gòu)焊接前對(duì)塔梁臨時(shí)約束予以解除，在無(wú)應(yīng)力條件下實(shí)現(xiàn)合龍。

“加載合龍”即合龍段按設(shè)計(jì)理論長(zhǎng)度制造，合龍時(shí)根據(jù)實(shí)際溫度，通過(guò)施加外力頂推或牽拉來(lái)調(diào)整合龍口寬度。方案不改變合龍段尺寸，主梁頂推施工需釋放塔梁臨時(shí)約束，隨著跨徑增大，頂推力及限位力相應(yīng)增大，結(jié)構(gòu)頂推變位后不易恢復(fù)。

本橋因邊跨混凝土箱梁自重過(guò)大，頂推過(guò)程中會(huì)改變斜拉索傾斜角度，不確定因素多，頂推完成后難以恢復(fù)，故“頂推合龍”施工方法不適用于本橋。結(jié)合“配切合龍”施工方法的不利條件，為消除溫度對(duì)合龍施工的影響，采用“半剛性配切合龍”的施工方法。即合龍前先將墩梁固結(jié)塊體部分解除，合龍口臨時(shí)鎖定后，在低溫穩(wěn)定階段，快速完全解除墩梁固結(jié)，防止溫度產(chǎn)生梁體次內(nèi)力。

3.1 合龍工藝流程

圖3 配切合龍施工工藝流程圖

3.2 合龍方案綜述

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段鋼箱梁拼裝完成后，單側(cè)橋面吊機(jī)回退2個(gè)節(jié)段，并在懸臂端施工水箱壓重，同時(shí)調(diào)整兩岸后三對(duì)斜拉索索力，使合龍口兩側(cè)線(xiàn)型、高程一致。合龍前兩天持續(xù)監(jiān)測(cè)合龍口長(zhǎng)度，并換算至合龍溫度，確定最終配切長(zhǎng)度。另一側(cè)橋面吊機(jī)提吊配切后的合龍段嵌入合龍口，采用型鋼勁性骨架快速鎖定合龍段寬度。同時(shí)解除主梁在索塔處的臨時(shí)固結(jié)，合龍段匹配焊接，完成全橋合龍。

4 溫度影響分析

甬江特大橋在8月份合龍，屬于高溫期合龍。通過(guò)合龍前2d的溫度監(jiān)測(cè)可知，白天最高溫度梁面59.1～63℃，箱梁內(nèi) 37.6～39℃。夜間穩(wěn)定時(shí)段（23：00至 5：00）溫度：梁面 26.6～27.3℃，箱內(nèi) 26.5-28.4℃。鋼梁晝夜最大溫差出現(xiàn)在鋼梁上表面頂板，達(dá)到35℃左右。

4.1 合龍前溫度對(duì)鋼梁高程影響

以合龍前（一側(cè)吊機(jī)已吊起合龍段，另一側(cè)吊機(jī)已后移并配重完畢）線(xiàn)型為高程零點(diǎn)，結(jié)構(gòu)整體升溫均與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度（16.6℃）比較。根據(jù)實(shí)測(cè)溫度并經(jīng)計(jì)算可知：結(jié)構(gòu)整體升溫35℃對(duì)結(jié)構(gòu)高程影響在-3.7mm～12.1mm之間，影響較小且基本呈線(xiàn)性；而頂?shù)装鍦夭钸_(dá)到35℃時(shí)，對(duì)合龍前鋼梁高程影響在-153mm～11.9mm之間，影響較大，如圖4。

圖4 整體升溫及溫差對(duì)高程影響

4.2 合龍前溫度對(duì)鋼梁長(zhǎng)度影響

影響長(zhǎng)度均在鋼梁懸臂狀態(tài)，結(jié)構(gòu)整體升溫均與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度（16.6℃）比較。結(jié)構(gòu)整體升溫35℃對(duì)鋼梁長(zhǎng)度影響在0～96.3mm之間，見(jiàn)圖5。

圖5 整體升溫對(duì)鋼梁長(zhǎng)度影響

4.3 合龍后溫度對(duì)結(jié)構(gòu)線(xiàn)型影響

合龍后狀態(tài)指：合龍段焊接完成，配重卸載后，吊機(jī)仍在橋面。以合龍后線(xiàn)型為高程零點(diǎn)，結(jié)構(gòu)整體升溫均與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度（16.6℃）比較。經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)整體升溫及頂?shù)装鍦夭顚?duì)結(jié)構(gòu)高程影響見(jiàn)圖6。

由圖可知，合龍后結(jié)構(gòu)整體升溫及頂?shù)装鍦夭顚?duì)鋼梁高程影響趨勢(shì)基本一致，高程影響范圍在-30mm～53mm之間。

4.4 合龍后溫度對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響

圖6 合龍后溫度對(duì)高程影響

合龍后溫度對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響主要對(duì)橋塔臨時(shí)結(jié)的影響。經(jīng)計(jì)算，橋塔處臨時(shí)固結(jié)的剪力見(jiàn)圖7。由圖可知：合龍后結(jié)構(gòu)整體升溫對(duì)臨時(shí)固結(jié)影響較大，最大溫度剪切力達(dá)到112852kN，因此，合龍段匹配完成后，必須在日出前解除橋塔臨時(shí)固結(jié)。

圖7 合龍后溫度對(duì)橋塔臨時(shí)固結(jié)的影響

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 塔梁固結(jié)設(shè)置及解除

本橋塔梁固結(jié)支墩設(shè)置與索塔下橫梁頂，混凝土主梁與索塔下橫梁固結(jié)，支墩采用C30混凝土，內(nèi)部設(shè)置66根Φ32鋼筋，三根一束，L形布置。墩梁固結(jié)塊體布置見(jiàn)圖8所示。

圖8 索塔墩梁固結(jié)布置圖

合龍段施工前部分解除墩梁固結(jié)。墩梁固結(jié)解除原則：保證合龍口鎖定后，墩梁固結(jié)能夠快速解除，同時(shí)防止合龍段施工前梁體發(fā)生縱向位移。即提前鑿除支墩底部10cm混凝土，暫時(shí)保留鋼筋。合龍口鎖定后，快速切割墩梁固結(jié)鋼筋，實(shí)現(xiàn)主梁與固結(jié)體分離。

5.2 合龍口線(xiàn)型調(diào)整及測(cè)量控制

架設(shè)合龍段之前，拼裝側(cè)提前將預(yù)留配切長(zhǎng)度的合龍段運(yùn)送至拼裝位橋面吊機(jī)下方，將實(shí)施荷載提前到位；將另一側(cè)橋面吊機(jī)后退至20#節(jié)段，在22#節(jié)段鋼梁上設(shè)置配重水箱，并注水配重，配重水的重量通過(guò)計(jì)算確定，保持與拼裝側(cè)的鋼梁標(biāo)高線(xiàn)型一致為準(zhǔn)。

圖9 水箱配重

對(duì)鋼箱梁懸臂端頭的梁面標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，選擇溫度較為穩(wěn)定的時(shí)間段進(jìn)行測(cè)量控制，一般選擇在凌晨時(shí)間段。同時(shí)調(diào)整兩側(cè)后三對(duì)斜拉索，保持跨中合龍口呈“倒梯形”，以保證合龍段順利喂梁。斜拉索調(diào)索選擇在溫度較低時(shí)間段即22點(diǎn)之后施工。

利用夜間溫度恒定階段，多頻次測(cè)量合龍口幾何尺寸、拼裝姿態(tài)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)換算拼裝溫度下合龍口長(zhǎng)度及姿態(tài)，針對(duì)性配切合龍段。

5.3 合龍口臨時(shí)鎖定裝置

合龍段吊裝至設(shè)計(jì)位置，待達(dá)到合龍溫度后，將合龍口臨時(shí)鎖定。合龍段截面共設(shè)置7組臨時(shí)勁性骨架，頂板4組，頂板3組。頂板臨時(shí)鎖定裝置分別布置在邊縱腹板及中縱腹板對(duì)應(yīng)位置，底板臨時(shí)鎖定裝置分別布置在中箱及風(fēng)嘴單元內(nèi)部。臨時(shí)鎖定裝置見(jiàn)圖10所示。

圖10 合龍段臨時(shí)鎖定裝置布置圖

6 成橋線(xiàn)型

調(diào)索完成后對(duì)鋼梁線(xiàn)型進(jìn)行了通測(cè)，以頂面軸線(xiàn)為控制位置，由測(cè)量數(shù)據(jù)可得：線(xiàn)型誤差在-0.029m～0.04m之間，各鋼梁塊段標(biāo)高誤差滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。詳見(jiàn)圖11。

設(shè)計(jì)允許高程誤差為△g=±[25+0.5×（x-25）]，其中△g—主梁線(xiàn)型允許誤差，單位mm；x—距最近的索塔處支點(diǎn)距離，單位m。

圖11 鋼梁合龍后線(xiàn)型

7 結(jié)語(yǔ)

中跨合龍作為斜拉橋施工控制中極其重要的控制工序，其工序的質(zhì)量和安全直接影響到成橋狀態(tài)。甬江特大橋合龍段長(zhǎng)4.9m，重82.3t，施工環(huán)境復(fù)雜。通過(guò)對(duì)合龍溫度、合龍鎖定措施、合龍前的鋼梁姿態(tài)調(diào)整配切、體系轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，在全橋無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下順利完成合龍，鋼梁線(xiàn)型平順，且滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，控制成果令人滿(mǎn)意。